基于单片机购物秤的设计与实现
基于单片机购物秤的设计与实现[20200419155545]
摘要
本课题是设计一套高精度电子购物秤。系统由称重传感器将重量值转换为电压模拟信号，通过电路和单片机系统将称重信号拟合成物体的重量。最终实现称重、价格设置、计算总价、超重报警和显示等功能的完整系统。
称重传感器的稳定性和精度是系统的核心也是难点，故在硬件部分重点分析了称重传感器的特性、工作原理和数值计算。为了提高系统的稳定性，在电源设计中选用了集成稳压电路，软件中采用中值滤波程序以减轻外界干扰。通过采用高精度AD转换芯片，实验测试数据绘制线性折线图并计算出斜率，对理论公式进行修正，以提高系统的精度。人机界面采用具有汉字显示功能液晶屏，应用界面集重量、单价和总价等功能于一体，界面友好、美观。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:购物秤称重传感器中值滤波
目 录
1. 绪 论 1
1.1前言 1
1.2选题背景和意义 1
1.3购物秤的发展概况 2
1.4本文设计思路及框架 3
2.需求分析及基本方案设计与选择 4
2.1购物秤需求分析和功能设计 4
2.2方案设计与选择 4
2.2.1采用电容式称重传感器（方案一） 4
2.2.2采用电阻应变式称重传感器（方案二） 4
2.2.3方案比较与选择 4
3.硬件设计 6
3.1主控系统 6
3.1.1系统硬件框图 6
3.1.2系统硬件说明 6
3.2称重传感器 8
3.2.1称重传感器选用的一般规则 8
3.2.2电路原理图及实物图 9
3.2.3主要功能部件 10
3.2.4 传感器特性分析 11
3.2.5数据推导和计算 14
3.3 HX711模数转换电路 14
3.3.1外围电路及内部结构图 14
3.3.2工作时序 15
3.3.3滤波、放大电路 16
3.3.4数据处理及演算 16
3.4 其他硬件介绍 18
3.4.1 液晶显示屏模块 18
3.4.2报警模块 18
3.4.3键盘输入模块 19
4. 系统软件 20
4.1电子购物称的软件框图 20
4.2主程序流程图 20
4.3子程序设计 20
4.3.1称重 20
4.3.2去皮 26
4.3.3单价的输入及修改 27
4.3.4 LCD12864液晶显示屏子程序 28
4.3.5超重报警 30
5.系统集成与调试 31
5.1系统集成 31
5.1.1硬件接口 31
5.1.2软件接口 31
5.2调试过程 31
5.3误差分析 33
5.3.1传感器精度 33
5.3.2传感器的非线性 33
5.3.3模数转换芯片的精度 33
6.结论 34
6.1主要工作 34
6.2存在的问题 35
6.3方案改善 36
7.总结与展望 37
7.1总结 37
7.2展望 37
参考文献 39
致谢 40
附录 41
附录一 系统电路原理图 41
附录二 购物秤系统PCB图 42
附录三 系统程序 43
附录四 系统实物图 56
1. 绪 论
1.1前言
衡器是测量物体质量的设备，世界上70%的东西需要使用称重仪器[1]，称重装置是最广泛使用的测量设备,应用范围最广的设备之一。我国相关法律对测量仪器作了相关规定[2]。衡器的价值已经产生了自身价值以外的巨大增值，福布斯发布的人类有史以来最有用的工具排行榜中，衡器处于第 11 名，衡器的重要性可见一斑[1]。在现代的称重器件中，称重传感器是影响称重器件精度的一个重要元器件。本章主要是对称重器件的发展情况和相关背景情况作简要介绍，在章末对本文的结构安排作了阐述。
本系统针对电子购物秤的测重、价格设置、价格修改和显示作了详细的设计。至于单片机如何实现对数据的采集和转换、对采样数据进行处理、计算的问题，本文进行了一系列的研究，特别是单片机控制系统中涉及的关键计算。由于称重传感器是高精度电子购物秤的关键器件，本文首先重点介绍了电子购物秤的称重器件的特性和相关计算。
1.2选题背景和意义
电子天平称量的重量是由平衡基座，托盘等几部分重量组成,由数码管等显示器件显示称重结果的电子衡器[3]。电子天平朝着集成机、电、仪等设备于一体和多功能、高精度、稳定性好、响应快、功能齐全、可靠性高等趋势发展[4]。随着电子产业的飞速发展称重器件已经从传统的杆秤、磅秤以及台秤等转变为电子秤。人们对电子秤的准确度高、响应速度较快、操作较为方便、显示较为直观等优点较为喜欢[5]。当前，电子天平使用较多的是制造起来较为困难且复杂的电磁力平衡传感器，国内大多数电子天平通过购买电磁平衡传感器进行二次成本处理，这造成了电子天平成本高、性价比低等较多缺点[6]。电容式称重传感器具有结构简单、温漂小、分辨率高抗干扰能力强、等优点，但也存在较大的非线性误差寄生效应大等缺点[7]，电容式称重传感器最大具有变化范围窄，抗干扰性差等缺点。电阻应变式称重传感器具有精度高、灵敏度高、静态特性好、研发技术较成熟、成本低等优势[8]。现代电子技术迅猛的发展和更新，特别是微控制器性能和称重传感器精度和稳定性的巨大改善，为称重器件的发展提供了足够动力。目前市场上的称重传感器精度都较低，不可以完全满足高精度称重场合的要求。经市场调查发现，一般情况下较高精度的称重器件均来自国外，也就是说大部分均被国外所垄断，这将对我国电子秤产业的发展产生了巨大的影响，所以高精度电子秤的研发对我国的经济还是技术的发展均具有较大的推动作用。
1.3购物秤的发展概况
早期的机械类称重天平虽然可以将精度提的很高，只有较少的专业人员才可以将电子秤调节的很精确，而普通使用人员很难将电子秤的精度提到很高，另外一方面砝码的质量也会影响精度的提高。机械天平相比现代电子称重天平具有较多的缺点，例如称重速度慢，读数不方便，除了机械称重器件本身的误差还存在读数误差。相比之下，现代电子秤具有精度高、速度快、易读数、人机界面友好美观等较多优点。电子天平较机械天平具有显示直观、测量速度快、抗干扰能力强等优势所以它的使用范围广，这将逐步取代机械类称重器件[9-11]。
在电子天平技术的研究上较早的国家除了日本和德国两个国家之外还有瑞士。在1980年左右，这些国家已经将高精度电子秤研发成产品，并大批量生产至市场销售。并且，法国和美国发展的也较为迅速[12]。美国、瑞士、德国在工业天平和电子天平等相关领域发展较为迅速。德国赛多利斯的称量技术不断被改善和运用，其技术的发展是世界上其他国家所不能比拟的，从而被称为“世界天平之父”。可以看出当今世界上电子天平行业较为先进的国家大多数采用集成的采样芯片和微控制器。随着现代电子产业的发展，电子秤已经朝着高精度、集成化、速度快的趋势前进。
我国的电子秤产业研发起步于七十年代，技术不够完善，精度和稳定性都存在一定的缺陷。八十年代前大部分是仿制国外电子秤技术。电子秤的迅速发展是在八十年代中期以后，主要是因为吸收并消化了国外电子秤的先进技术。在1986年，某个大学研制的智能分析天平其最大量程为200g、的精度值为0.1mg，是一项研发较为成功的技术产品，1980年至1985年期间，那就是说其已经达到了当时国际一流水平[13]。到了21世纪，在短短这十年的时间里，国内的电子天平产业达到比较大的规模，不仅供应国内市场，而且还销往国外[14]。
1.4本文设计思路及框架
该系统实现了量程范围为5Kg，精度为0.001kg电子购物秤的设计，用按键来设定价格，计算总价和显示相应数值的功能。该系统采用以STC89C52RC为核心主控制器，电阻应变式称重测力传感器为测重模块，HX711模块不但具有24位高精度模拟数字转换电路，而且具有128倍和64倍增益倍数可调的放大的集成电路。输入和输出模块由键盘和LCD显示器LCD12864液晶显示器构成。经过对各部分的调试，最终达到称重、计价、显示为一体的高精度的基本要求。该系统结构简单、精度高，但功能单一，如应用在复杂场合还需进一步增加系统相应功能模块。
摘要
本课题是设计一套高精度电子购物秤。系统由称重传感器将重量值转换为电压模拟信号，通过电路和单片机系统将称重信号拟合成物体的重量。最终实现称重、价格设置、计算总价、超重报警和显示等功能的完整系统。
称重传感器的稳定性和精度是系统的核心也是难点，故在硬件部分重点分析了称重传感器的特性、工作原理和数值计算。为了提高系统的稳定性，在电源设计中选用了集成稳压电路，软件中采用中值滤波程序以减轻外界干扰。通过采用高精度AD转换芯片，实验测试数据绘制线性折线图并计算出斜率，对理论公式进行修正，以提高系统的精度。人机界面采用具有汉字显示功能液晶屏，应用界面集重量、单价和总价等功能于一体，界面友好、美观。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:购物秤称重传感器中值滤波
目 录
1. 绪 论 1
1.1前言 1
1.2选题背景和意义 1
1.3购物秤的发展概况 2
1.4本文设计思路及框架 3
2.需求分析及基本方案设计与选择 4
2.1购物秤需求分析和功能设计 4
2.2方案设计与选择 4
2.2.1采用电容式称重传感器（方案一） 4
2.2.2采用电阻应变式称重传感器（方案二） 4
2.2.3方案比较与选择 4
3.硬件设计 6
3.1主控系统 6
3.1.1系统硬件框图 6
3.1.2系统硬件说明 6
3.2称重传感器 8
3.2.1称重传感器选用的一般规则 8
3.2.2电路原理图及实物图 9
3.2.3主要功能部件 10
3.2.4 传感器特性分析 11
3.2.5数据推导和计算 14
3.3 HX711模数转换电路 14
3.3.1外围电路及内部结构图 14
3.3.2工作时序 15
3.3.3滤波、放大电路 16
3.3.4数据处理及演算 16
3.4 其他硬件介绍 18
3.4.1 液晶显示屏模块 18
3.4.2报警模块 18
3.4.3键盘输入模块 19
4. 系统软件 20
4.1电子购物称的软件框图 20
4.2主程序流程图 20
4.3子程序设计 20
4.3.1称重 20
4.3.2去皮 26
4.3.3单价的输入及修改 27
4.3.4 LCD12864液晶显示屏子程序 28
4.3.5超重报警 30
5.系统集成与调试 31
5.1系统集成 31
5.1.1硬件接口 31
5.1.2软件接口 31
5.2调试过程 31
5.3误差分析 33
5.3.1传感器精度 33
5.3.2传感器的非线性 33
5.3.3模数转换芯片的精度 33
6.结论 34
6.1主要工作 34
6.2存在的问题 35
6.3方案改善 36
7.总结与展望 37
7.1总结 37
7.2展望 37
参考文献 39
致谢 40
附录 41
附录一 系统电路原理图 41
附录二 购物秤系统PCB图 42
附录三 系统程序 43
附录四 系统实物图 56
1. 绪 论
1.1前言
衡器是测量物体质量的设备，世界上70%的东西需要使用称重仪器[1]，称重装置是最广泛使用的测量设备,应用范围最广的设备之一。我国相关法律对测量仪器作了相关规定[2]。衡器的价值已经产生了自身价值以外的巨大增值，福布斯发布的人类有史以来最有用的工具排行榜中，衡器处于第 11 名，衡器的重要性可见一斑[1]。在现代的称重器件中，称重传感器是影响称重器件精度的一个重要元器件。本章主要是对称重器件的发展情况和相关背景情况作简要介绍，在章末对本文的结构安排作了阐述。
本系统针对电子购物秤的测重、价格设置、价格修改和显示作了详细的设计。至于单片机如何实现对数据的采集和转换、对采样数据进行处理、计算的问题，本文进行了一系列的研究，特别是单片机控制系统中涉及的关键计算。由于称重传感器是高精度电子购物秤的关键器件，本文首先重点介绍了电子购物秤的称重器件的特性和相关计算。
1.2选题背景和意义
电子天平称量的重量是由平衡基座，托盘等几部分重量组成,由数码管等显示器件显示称重结果的电子衡器[3]。电子天平朝着集成机、电、仪等设备于一体和多功能、高精度、稳定性好、响应快、功能齐全、可靠性高等趋势发展[4]。随着电子产业的飞速发展称重器件已经从传统的杆秤、磅秤以及台秤等转变为电子秤。人们对电子秤的准确度高、响应速度较快、操作较为方便、显示较为直观等优点较为喜欢[5]。当前，电子天平使用较多的是制造起来较为困难且复杂的电磁力平衡传感器，国内大多数电子天平通过购买电磁平衡传感器进行二次成本处理，这造成了电子天平成本高、性价比低等较多缺点[6]。电容式称重传感器具有结构简单、温漂小、分辨率高抗干扰能力强、等优点，但也存在较大的非线性误差寄生效应大等缺点[7]，电容式称重传感器最大具有变化范围窄，抗干扰性差等缺点。电阻应变式称重传感器具有精度高、灵敏度高、静态特性好、研发技术较成熟、成本低等优势[8]。现代电子技术迅猛的发展和更新，特别是微控制器性能和称重传感器精度和稳定性的巨大改善，为称重器件的发展提供了足够动力。目前市场上的称重传感器精度都较低，不可以完全满足高精度称重场合的要求。经市场调查发现，一般情况下较高精度的称重器件均来自国外，也就是说大部分均被国外所垄断，这将对我国电子秤产业的发展产生了巨大的影响，所以高精度电子秤的研发对我国的经济还是技术的发展均具有较大的推动作用。
1.3购物秤的发展概况
早期的机械类称重天平虽然可以将精度提的很高，只有较少的专业人员才可以将电子秤调节的很精确，而普通使用人员很难将电子秤的精度提到很高，另外一方面砝码的质量也会影响精度的提高。机械天平相比现代电子称重天平具有较多的缺点，例如称重速度慢，读数不方便，除了机械称重器件本身的误差还存在读数误差。相比之下，现代电子秤具有精度高、速度快、易读数、人机界面友好美观等较多优点。电子天平较机械天平具有显示直观、测量速度快、抗干扰能力强等优势所以它的使用范围广，这将逐步取代机械类称重器件[9-11]。
在电子天平技术的研究上较早的国家除了日本和德国两个国家之外还有瑞士。在1980年左右，这些国家已经将高精度电子秤研发成产品，并大批量生产至市场销售。并且，法国和美国发展的也较为迅速[12]。美国、瑞士、德国在工业天平和电子天平等相关领域发展较为迅速。德国赛多利斯的称量技术不断被改善和运用，其技术的发展是世界上其他国家所不能比拟的，从而被称为“世界天平之父”。可以看出当今世界上电子天平行业较为先进的国家大多数采用集成的采样芯片和微控制器。随着现代电子产业的发展，电子秤已经朝着高精度、集成化、速度快的趋势前进。
我国的电子秤产业研发起步于七十年代，技术不够完善，精度和稳定性都存在一定的缺陷。八十年代前大部分是仿制国外电子秤技术。电子秤的迅速发展是在八十年代中期以后，主要是因为吸收并消化了国外电子秤的先进技术。在1986年，某个大学研制的智能分析天平其最大量程为200g、的精度值为0.1mg，是一项研发较为成功的技术产品，1980年至1985年期间，那就是说其已经达到了当时国际一流水平[13]。到了21世纪，在短短这十年的时间里，国内的电子天平产业达到比较大的规模，不仅供应国内市场，而且还销往国外[14]。
1.4本文设计思路及框架
该系统实现了量程范围为5Kg，精度为0.001kg电子购物秤的设计，用按键来设定价格，计算总价和显示相应数值的功能。该系统采用以STC89C52RC为核心主控制器，电阻应变式称重测力传感器为测重模块，HX711模块不但具有24位高精度模拟数字转换电路，而且具有128倍和64倍增益倍数可调的放大的集成电路。输入和输出模块由键盘和LCD显示器LCD12864液晶显示器构成。经过对各部分的调试，最终达到称重、计价、显示为一体的高精度的基本要求。该系统结构简单、精度高，但功能单一，如应用在复杂场合还需进一步增加系统相应功能模块。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/4153.html
